KR20020009935A - 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지탈 이미지 분석작업만으로 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 이미지 전체의 색상강도 분포를 2개의 피크로 나누어 가장 많은 부분을 바탕색으로 인식하고, 그 다음 많은 부분을 원사단면 경계선으로 인식함을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 일부 인식된 원사단면 경계선으로 부터 곡율을 계산하여 단면 경계선이 불분명한 원사의 중심점을 설정한 다음, 설정된 중심점의 동일반경 상에 존재하는 픽셀들 중 색상특성이 바탕색 특성과 가장 큰 차이를 나타내는 픽셀 부분을 원사단면 경계선으로 복구함을 특징으로 한다. 본 발명은 원사단면의 균일성을 정확하고 신속하게 자동으로 측정 할 수 있어서, 후공정시 절사 및 염색 불균일 등으로 인한 최종제품의 품질저하를 방지 할 수 있다.

Description

합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법 {A method of detecting evenness of synthetic monofilament}

본 발명은 원사 단면의 디지탈 이미지 분석 작업만으로 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성을 측정하는 방법에 관한 것이다.

합성섬유는 용융된 합성수지를 구금의 홀을 통하여 방사한 후, 냉각과 고화과정을 통해 섬유형태로 고정시킨 후 권취하는 과정으로 제조된다. 이때 합성섬유의 모노필라멘트는 적게는 수십가닥에서 많게는 수백가닥으로 이루어져 있으며, 각각의 모노필라멘트의 섬도들은 극히 균일할 것이 요구된다. 모든 모노필라멘트들의 섬도가 균일해야 전체 원사에 가해지는 장력, 열, 유제, 가공제, 염료들이 균일하게 분배되어 균일한 품질을 가지는 원사, 가공사, 원단 등의 상품 생산이 가능하다.

모노필라멘트들의 섬도 차이가 큰 경우 작은 장력에서도 약한 모노필라멘트들이 연신되거나 절사되어 모우나 루프가 발생된다. 또한 전체 원사의 강도나 신도도 떨어뜨리는 치명적인 문제를 야기한다. 또한 굵기가 다른 모노필라멘트들은 염색속도나 염료흡착율, 감량속도나 가연성 등의 모든 특성이 달라지므로, 사가공과 원단가공시의 조업성을 떨어뜨리며, 원단상에 줄발생과 같은 결점을 일으키는 가장 흔한 문제가 되고 있다.

모노필라멘트들의 단면불균일을 일으키는 원인은 구금홀간의 용융수지 토출량 차이나, 냉각공기의 불균일, 혹은 원료수지의 불안정성 등 많은 것들이 있으나, 각 제조단계에서 단면불균일을 사전에 검사하여 선별해 내는 일이 용이하지 않다. 모노필라멘트의 수가 매우 많으므로 각 단면들의 면적차이를 한눈에 알아낼 수가 없고, 오랜 시간과 노력이 드는 번거러운 과정을 통하여 단면변동율의 값을 계산해야 하기 때문이다.

최근 부가가치가 높은 하이-멀티 사의 경우, 모노필라멘트의 섬도가 극히 작아 단면의 균일성을 유지하는 것은 더욱 어려워지고 있어 원사불량의 문제가 많으며, 단면균일성 개선은 가장 시급한 당면 문제 중의 하나이다.

종래 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성을 측정하는 방법으로 원사의 단면 샘플을 제조하여 현미경으로 확대한 후, 시험자의 육안으로 균일성을 평가하는 방법, 제조된 단면 샘플을 사진으로 촬영, 현상하여 모노필라멘트들의 모든 단면 크기를 직접 자(尺)로 측정하는 방법, 제조된 단면 샘플을 이미지 분석기로 분석하는 방법 등이 널리 사용되어 왔다.

그러나 원사의 단면 샘플을 현미경을 통하여 육안 검사하는 방법은, 정량적인 단면변동율을 측정할 수 없고, 전체적인 균일성의 상태만을 확인하는 수준으로서 정확한 물성평가의 방법이 될 수 없다.

한편 원사의 단면 샘플을 사진촬영하여, 단면의 크기분포를 직접 자로 재는방법은 시험자의 측정방법에 따라 부정확하고 주관적인 측정이 이루어지며, 시간이 오래 걸리고 번거로운 단점이 있다.

한편 이미지 분석기로 원사단면의 형태를 분석하는 방법은 이미지의 상태가 매우 양호할 때만 활용이 가능하다. 구체적으로 원사단면의 바탕과 원사단면의 경계 사이에 강한 색상차이가 존재하고, 대비도가 강하면 쉽게 단면의 경계를 검출해 내는 것이 가능하지만, 이미지가 선명하지 못하고 대비도가 높지 않은 경우는 원사단면의 전체 경계를 명확하게 추출하지 못하고, 경계중의 일부만을 불완전하게 인식하므로 C 형태와 같은 끊어진 단면을 나타내게 된다. 결과적으로 섬유단면의 면적을 자동으로 측정 할 수 없게 된다. 그리고 이미지 일부분의 선명도가 낮은 샘플의 경우도 전혀 이용할 수가 없는 문제가 있다.

또한 초점이 정확하지 않은 흐린 이미지의 경우는 흐려진 이미지 형상을 쫓아서, 단면경계의 굵기가 과도하게 검출되는 문제가 있으며, 이미지 중에 어두운 부분이나, 검은 노이즈, 소광제에 의한 반점들도 모두 경계로 검출되므로 원사단면 형상에 적합한 둥근 동일반경이 아닌 다른 형태로 나타나는 문제가 있다.

이런 문제점들은, 범용 이미지 분석기가 가지는 한계로서, 이미지의 형태가 원사의 단면이라는 사전 정보없이 픽셀의 색상차이만 발생하면 무조건 경계로 인식하는 범용 알고리즘에 기인하는 문제이므로, 원사의 단면을 단일한 동일반경으로 잡지 않아 C 또는 U 형태의 끊어진 단면을 추출해 내게 된다.

본 발명은 모노필라멘트의 불균일로 인한 후공정시 절사, 염색차 등의 문제를 예방할 수 있도록 디지탈 이미지 분석작업만으로 원사단면 균일성을 정확하고 신속하게 자동 측정 할 수 있는 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법을 제공하고자 한다. 특히 본 발명은 원사단면 경계가 아닌 노이즈, 소광제에 의한 반점형태를 보다 효과적으로 배제 할 수 있는 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 방법을 구현하는 컴퓨터 화면 예시도.

도 2는 본 발명의 녹색채널 강도 특성을 나타내는 히스토그램.

도 3 (a)는 대비도가 매우 흐린 측정시료의 원사단면 이미지.

도 3 (b)는 본 발명의 방법으로 도 3 (a)로 부터 원사단면 경계선을 복구한 원사단면 이미지.

도 4 (a)는 노이즈가 산재하여 불량한 측정시료의 원사단면 이미지.

도 4 (b)는 본 발명의 방법으로 도 4 (a)로 부터 원사단면 경계선을 복구한 원사단면 이미지.

도 5 (a)는 원사단면 경계선의 60% 정도가 손실된 측정시료의 원사단면 이미지.

도 5 (b)는 본 발명의 방법으로 도 5 (a)로 부터 원사단면 경계선으로 복구한 원사단면 이미지.

도 6은 본 발명의 방법으로 측정한 폴리에스테르 원사단면 분석도 예.

도 7은 종래 이미지 분석기(스레숄드 알고리즘 사용)로 측정한 도 6의 폴리에스테르 원사단면 분석도 예.

도 8은 CV가 10% 이상인 원사의 단면균일성을 본 발명의 방법으로 측정시 컴퓨터 화면 예시도.

이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법은, 이미지 전체의 색상강도 분포를 2개의 피크로 나누어 가장 많은 부분을 바탕색으로 인식하고, 그 다음 많은 부분을 원사단면 경계선으로 인식함을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 도면 등을 통해 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 섬유단면 형태의 이미지를 기존의 이미지 분석기와는 다른 방식으로 분석한다. 기존 이미지 분석기는 스레숄드 분석을 수행하므로, 원사단면 경계가 아닌 검은 노이즈나 소광제 반점의 형태도 검출해 내는데 비하여, 본 발명은 원사단면 이미지의 대부분은 바탕색으로서 가장 많은 비율을 차지하는 색상값이고, 경계는 그보다 어두운 두번째로 많은 비율을 차지하는 색상값이라는 원사단면 이미지의 특징을 미리 감안하여, 이미지의 색상편차를 적색, 녹색, 청색으로 색분리하여 바탕색 부분과 경계색 부분의 2대 특징을 미리 분석한다.

도 2는 원사단면 이미지의 녹색채널의 강도 특성을 보인 히스토그램으로서 가장 높은 피크는 모노필라멘트의 내부와 바탕을 차지하는 색상의 특성값이고, 두번째로 높은 피크는 원사 단면 경계를 나타내는 색상의 특성값임을 시사한다. 원사단면 샘플의 고유특성을 미리 분석하여 바탕색과 경계색의 분포를 검출하고, 그 분포에 따라 원사의 단면을 검출하므로 이미지 상의 노이즈나 소광제 조각에 영향을 받지 않는다. 또한, 본 발명은 단면형태의 일부가 흐려진 이미지에 대해서도 경계선을 자동으로 복구 할 수 있다.

단면경계선의 일부 이미지가 불량하여 검출 할 수 없는 부분이 있는 경우, 이미 검출된 부분만을 이용하여 곡률을 계산하고, 곡률 반경에서 유도된 중심점에서 동일 반경에 존재하는 픽셀들의 색상 특성이 바탕색과 가장 큰 차이를 보이는 부분을 단절된 경계의 복구 기준선으로 재설정 하였다.

이것은 각 픽셀의 색상차이만 분석하는 기존의 방법과는 달리, 인간의 형상인지 능력을 활용한 방법으로서, 일부의 형태는 뚜렷하고 일부는 그렇지 않은 피사체를 접할때, 이미 알고있는 기존의 기억자료에서 가장 유사한 형태를 대비시켜서 피사체를 판별해 내는 강력한 '기억에 바탕을 둔 감각보정 능력'을 모사한 것이다.

더욱 구체적으로 본 발명은 일부 인식된 원사단면 경계선으로 부터 곡율을 계산하여 단면 경계선이 불분명한 원사의 중심점을 설정한 다음, 설정된 중심점의 동일반경 상에 존재하는 픽셀들 중 색상특성이 바탕색 특성과 가장 큰 차이를 나타내는 픽셀 부분을 원사단면 경계선으로 복구함을 특징으로 한다.

이때, 설정된 중심점의 동일반경은 일부인식된 원사단면 경계선의 곡율로 부터 유도 된다. 이때 동일반경 형성에 참여하지 못한 픽셀부분은 비록 그의 색상특성이 원사단면 경계선의 색상특성과 동일 하여도 원사단면 경계선 복구시 이를 제외 한다.

본 발명은 이와 같이 원사단면의 경계선을 인식 및 복구한 다음, 이를 근거로 응용프로그램을 가동하여, 모노필라멘트의 단면개수, 단면형태, 단면면적 분포, 단면면적 최대값, 단면면적 최소값, 단면면적 평균값, 단면면적 표준편차 및 단면변동율(CV)을 자동으로 분석 한다.

본 발명의 구체적인 실행순서를 보다 상세하게 설명한다.

먼저 이미지 파일을 하나 선택하여 읽어들이면, 이미지 파일의 색상을 적색, 녹색, 청색으로 분리한 후 히스토그램 분석을 통하여 각 색상의 평균, 표준편차, 최빈값이 결정되어 도 1의 'Color' 패널에 표시된다. 이 값을 바탕으로 바탕색과 경계색의 기준이 될 값이 추출되어 도 1의 'Edge Detect' 패널에 표시된다. 사용자는 자동으로 제안된 본 기준값을 적당히 바꿀 수 있으며, 흐려진 경계선의 복구 가능 비율도 'Ratio'에서 조절 할 수 있다.

본 과정이 끝나면 응용프로그램은 원사단면 경계를 자동으로 조사하여, 검출된 모노필라멘트들의 개수와 면적을 'Statistic' 패널에 기록하기 시작한다. 자동검사를 수행 할 수 없는 극히 불량한 이미지의 경우는 'Mode' 패널의 '3 Points Click Mode'를 선택해서, 수동으로 원사단면의 3점을 지정해 주면 자동으로 원사단면 형태를 복구하는 기능도 장착되어 있다.

모든 모노필라멘트의 검사가 완료되어 'Statisitic'의 'RUN!'을 클릭하면 모노필라멘트 단면균일성에 대한 통계값이 산출되어 평균, 표준편차, 단면변동율이 표시된다. 분석이 끝난 이미지와 단면 분석 결과는 각각 이미지 파일과 텍스트 파일로 나누어 저장하여 다른 응용프로그램에서 활용할 수 있다.

본 발명은 도 1과 같이 원사단면의 이미지를 분석하여 모노필라멘트 수 검색, 필라멘트 경계선 자동 인식, 이미지 경계 예측 및 복구, 모노필라멘트 단면 통계(평균, 표준편차, 변동계수, 단면변동율, 최대값, 최소값, 최빈값)를 처리한다.

도 1의 각 부분의 기능은 아래와 같다.

·BMP File : 이미지 파일에 대한 작업

Read	이미지 파일을 읽음
Save	이미지 파일을 저장
Refresh	이미지 갱신
Undo	작업 취소

·Color : 이미지의 색상을 적색, 녹색, 청색으로 분석한 특성

Red	적색값의 평균과 표준편차
Green	녹색값의 평균과 표준편차
Blue	청색값의 평균과 표준편차

·Mode : 원사단면 경계선 인식 및 복구방식 선택

Auto Detect Mode	색상편차에 근거한 자동경계 추출(경계예측 및 자동복구 기능 포함)
3 Points Click Mode	경계부 선언 (수동 보정 기능)

·Edge Detect : 색상편차, 선명도, 해상도의 이미지 특성에 따른 경계값 검출 기준

Difference	주변부와 경계부의 색상차 (색상편차 분포의 최소값)
Ratio	손실된 경계부의 자동 복구 가능 비율

·Statistic : 모노필라멘트 단면 분석 통계 처리

RUN!	계산 시작
Save Result	처리결과 저장
Ave.	단면적의 평균
S.D.	단면적의 표준편차
CV%	단면적의 변동계수
Filament #	모노필라멘트의 수
Area	모노필라멘트들의 단면적

본 발명의 이미지 분석 방법을 적용한 실시예와 기존 이미지 분석기를 이용한 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 3 (a)와 같이 매우 희미한 원형형태 이미지를 작성하여 본 발명의 이미지 분석방법으로 원사단면 경계선을 검출해 본 결과는 도 3 (b)와 같았다. 이때 도 3 (a)의 이미지는 회색의 경계 형태를 지니고 있으며, 바탕부와 경계부의 명도차이가 8에 불과한 매우 희미한 상태이고, 적색, 녹색, 청색은 모두 평균 249.9, 표준편차 8.19의 강도를 가지고 있었다.

실시예 2

도 4 (a)와 같이 심한 노이즈가 산재된 이미지를 작성하여 본 발명의 이미지 분석방법으로 원사단면 경계선을 검출해 본 결과는 도 4 (b)와 같았다. 이때 도 4 (a)의 이미지는 단면경계와 동일한 강도를 가지는 강한 검은 반점들이 형성된상태이나, 도 4 (b)에서는 노이즈 픽셀은 무시하고 원사단면 경계만을 구별하고 있다.

실시예 3

도 5 (a)와 같이 원사단면의 경계가 지워지고 일부만 남은 이미지를 작성하여 본 발명의 이미지 분석방법으로 원사단면 경계선을 검출해 본 결과는 도 5 (b)와 같았다. 도 5 (a)의 이미지는 단면경계부 중에 40%정도만 남아있는 불량한 상태이나, 도 5 (b)는 남아있는 경계의 일부만 이용하여 전체의 단면형상을 복원하고 있다.

실시예 4

모노필라멘트 개수가 50개인 폴리에스테르 원사의 단면 이미지를 이용하여 본 발명의 방법으로 모노필라멘트의 단면균일성을 측정한 결과 검출된 이미지는 도 6과 같았고, 단면적의 평균은 375.25, 표준편차는 28.46, 단면변동율은 7.58% 이었다.

비교실시예 1

도 3 (a)의 이미지를 기존의 이미지 분석기로 분석해 본 결과 대비도가 너무 낮아 원사단면 경계선을 정확하게 인식 할 수 없었다.

비교실시예 2

도 4 (a)의 이미지를 기존의 이미지 분석기로 분석해 본 결과 경계선과 동일한 색상의 노이즈 까지 모두 추출되어 모노필라멘트 단면 경계선을 정확하게 인식 할 수 없었다.

비교실시예 3

도 5 (a)의 이미지를 기존의 이미지 분석기로 분석해 본 결과 흐려진 원사단면 경계선의 복원이 불가능하여 동일반경 형태의 단면을 추출 할 수 없었다.

비교실시예 4

실시예 4와 동일한 폴리에스테르 원사의 단면 이미지를 이용하여 기존의 이미지 분석기로 분석해 본 결과는 도 7과 같았다. 도 7 에서는 스레숄드에 미치지 못하는 주변의 흐린부분은 모두 지워져서 정상적인 원형단면을 구성하지 못하고 있어 원사단면 면적 계산이 불가능하다. 또한 도 7에서는 노이즈가지 함께 검출되어 정확한 원사단면 경계선을 추출하지 못하고 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 측정방법으로 측정한 모노필라멘트의 단면변화율(CV)이 10% 이하인 합성섬유는 후공정에서 절사 및 염색차 등이 발생되지 않으나, CV가 10%를 초과하는 합성섬유는 후공정에서 절사 등으로 공정성이 나빠지고 불균일 염색 등으로 최종 제품의 품질이 저하된다.

본 발명은 디지탈 이미지 분석 작업만으로 원사단면 균일성을 정확하고 신속하게 자동측정 할 수 있다. 그 결과 원사단면 균일성 측정 작업이 간소화 될 뿐만아니라 모노필라멘트 섬도 불균일로 인한 후공정에서의 절사 및 염색차 등을 예방 할 수 있어서 최종 제품의 품질이 향상된다.

Claims (6)

1. 디지탈 이미지 분석 작업으로 합성섬유 모노필라멘트의 단면 균일성을 측정함에 있어서, 이미지 전체의 색상강도 분포를 2개의 피크로 나누어 가장 많은 부분을 바탕색으로 인식하고, 그 다음 많은 부분을 원사단면 경계선으로 인식함을 특징으로 하는 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법.
2. 1항에 있어서, 일부 인식된 원사단면 경계선으로 부터 곡율을 계산하여 단면 경계선이 불분명한 원사의 중심점을 설정한 다음, 설정된 중심점의 동일반경 상에 존재하는 픽셀들 중 색상특성이 바탕색 특성과 가장 큰 차이를 나타내는 픽셀 부분을 원사단면 경계선으로 복구함을 특징으로 하는 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법.
3. 2항에 있어서, 설정된 중심점의 동일반경이 일부인식된 원사단면 경계선의 곡율로 부터 유도됨을 특징으로 하는 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법.
4. 1항 또는 2항에 있어서, 설정된 중심점의 동일반경 형성에 참여하지 못한 픽셀부분은 비록 그의 색상특성이 원사단면 경계선의 색상특성과 동일 하여도 원사단면 경계선 복구시 이를 제외함을 특징으로 하는 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법.
5. 1항에 있어서, 모노필라멘트의 단면개수, 단면형태, 단면면적 분포, 단면면적 최대값, 단면면적 최소값, 단면면적 평균값, 단면면적 표준편차 및 단면변동율(CV)을 자동으로 분석함을 특징으로 하는 합성섬유 모노필라멘트의 단면균일성 측정방법.
6. 1항의 측정방법으로 측정한 모노필라멘트의 단면변동율(CV)이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 합성섬유.